Многопролетные здания со сложным профилем кровли. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

  Вся электронная библиотека >>>

 Усиление каркасов зданий >>

 

НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

1.3. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

 

 

Результаты обследования металлических конструкций производственных зданий позволяют выявить факторы, определяющие их состояние, и наиболее характерные повреждения, которые возникают при эксплуатации. Рассмотрим эти вопросы на примере предприятий автомобильной промышленности, тяжелого машиностроения, черной и цветной металлургии, т.е, наиболее металлоемких отраслей народного хозяйства.

Для предприятий автомобильной промышленности характерны одноэтажные многопролетные здания со сложным профилем кровли (особенно в зданиях, построенных до 50-х годов). Перепады высот в них достигают 16 м, что способствует образованию снеговых мешков. Ширина пролетов колеблется в пределах 9—30 м, шаг колонн 4—6 м в зданиях старой постройки и 6—18 м — в новых зданиях, построенных после 50-х годов. Строительная высота помещений для большинства зданий составляет 10—12 м, Внутренние перегородки между отдельными технологическими участками отсутствуют или имеют небольшую 3—3,5 м высоту, что способствует хорошему воздухообмену и снижает агрессивность среды в местах выделения агрессивных реагентов.

Замеры агрессивных компонентов воздушной среды, выполненные на некоторых заводах [23], показали, что по степени агрессивности внутрицеховые среды большинства производственных помещений   (до 70%)  относятся к неагрессивным и лишь отдельные участки (гальванические, зарядки аккумуляторов, мойки двигателей) имеют слабо- и среднеагрессивную среду.

Большинство зданий отапливаемые; источники тепловыделений имеют небольшую мощность и температура нагрева конструкций не превышает 20—30°С, лишь в литейных отделениях нагрев конструкций достигает 50—60°С.

Кровля в зданиях, построенных до 50-х годов, выполнена по прогонам с дощатым настилом или мелкоразмерными железобетонными плитами. В более поздних постройках установлено покрытие из крупноразмерных железобетонных плит. В 70-х годах наиболее распространенными стали покрытия с профилированным настилом.

 

 

Преобладающим видом внутрицехового транспорта являются мостовые опорные краны грузоподъемностью 5—50 т и подвесные краны грузоподъемностью 1—5 т. Режим работы мостовых кранов средний, за исключением литейных отделений и складов продукций прессовых и кузнечных цехов, где некоторые краны работают в тяжелом режиме. В сборочных производствах, а также в отделениях мелкого литья и штамповки установлены подвесные конвейеры. Малая скорость перемещения грузов и спокойный характер их работы не приводят к сколько-нибудь существенным динамическим нагрузкам. Повышенная динамика наблюдается лишь на участках расположения опускных секций в сборочных цехах,

Таким образом, большинство зданий автомобильной промышленности характеризуются сравнительно низкой интенсивностью технологических воздействий и основной причиной несовершенств, возникающих в металлических конструкциях каркаса, является низкое качество изготовления и монтажа и нарушение правил технической эксплуатации.

Наиболее повреждаемые элементы — стропильные фермы. По результатам обследования 20 зданий предприятий автомобильной промышленности около 20% стропильных ферм имеют повреждения. В основном это искривления и местные погибы элементов решетки, вырезы для пропуска коммуникаций и отдельные коррозионные поражения в местах протечек кровли и технологических трубопроводов. В гальванических отделениях имеются и общие коррозионные повреждения, однако скорость коррозии невелика и не превышает 0,04 мм/год. С увеличением срока эксплуатации число ферм, имеющих повреждения, и их величина возрастают. Однако при ремонтах многие повреждения устраняются, поэтому получить четкую зависимость повреждаемости ферм от срока эксплуатации не представляется возможным.

Подстропильные фермы, как правило, находятся в удовлетворительном состоянии. Общее число ферм с повреждениями не превышает 2—3%. Несколько больше повреждений обнаружено в связях. Отдельные элементы связей при монтаже и эксплуатации получили искривления и местные погибы или были удалены,

Повреждения прогонов в основном связаны с возникновением остаточных прогибов и искривлений в плоскости ската. Чаще всего эти повреждения возникали в местах образования снеговых мешков (у фонарей, перепадов высот) и наиболее характерны для зданий с покрытиями в виде мелкоразмерных железобетонных и асбестоцементных плит и волнистых листов.

В колоннах основным типом повреждений являются местные погибы ветвей и элементов решетки нижних частей колонн в зонах проезда, возникающие от ударов транспортируемыми грузами. Особенно часто эти повреждения встречаются в зданиях старой постройки, где габариты проездов стеснены. Кроме того, нередко вырезаются элементы решетки сквозных колонн для пропуска коммуникаций.

Подкрановые балки в зданиях автомобильных заводов имеют сравнительно мало повреждений даже при значительном сроке эксплуатации. Отдельные встречающиеся трещины связаны, как правило, с неудачным конструктивным решением балок. Например, в случае применения прокатных балок с верхним поясом, который усилен листом, в швах крепления листа при неплотном его опирании вследствие возникновения распорных усилий появляются трещины. Местные погибы верхнего пояса носят случайный характер и возникают в результате небрежной эксплуатации.

Больше повреждаются узлы крепления балок к колоннам. В основном это ослабление и разрушение болтов. В зданиях с железобетонными колоннами часто разрушается заделка закладных деталей в местах крепления подкрановых балок. В зданиях старой постройки нарушается крепление балок к стенам (при передаче поперечных горизонтальных нагрузок через тяжи на стены),

Балки путей подвесных кранов при достаточно высокой интенсивности их работы (складские участки, автоматные цеха и т.д.) имеют повышенный абразивный износ по ширине полки и толщине стенки. Иногда срок службы балок путей не превышает 1—2 лет.

Отмечались также случаи падения кранов в связи с отрывом ездовых полок в результате образования от абразивного износа трещины в стенке.

Здания* предприятий тяжелого машиностроения по своему конструктивному решению в основном подобны зданиям автомобильной промышленности и отличаются лишь большей шириной пролетов (в среднем ,30 м) и высотой (до 36 м). Вместе, с тем ряд зданий предприятий отрасли были построены еще в дореволюционное время и имеют продолжительный срок эксплуатации. Для таких зданий характерны небольшие пролеты (до 20 м) и малая высота помещений (7,8 м).

Грузоподъемность мостовых кранов на заводах тяжелого машиностроения достигает 150 т, хотя преобладают краны грузоподъемностью 50 т. Интенсивность крановых нагрузок значительно выше, чем на заводах автомобильной промышленности, и многие из кранов работают в тяжелом режиме.

Характерная особенность предприятий тяжелого машиностроения — наличие цехов металлургического цикла с повышенными температурными воздействиями, агрессивной средой и источниками пылевыделений. Все это предопределяет и более сложные условия работы металлических конструкций.

Как и в автомобильной промышленности, наиболее повреждаемыми элементами каркаса являются стропильные фермы. Аналогичен и характер повреждений, однако частота повреждаемости значительно выше и достигает 55%, что связано с влиянием более тяжелых условий эксплуатации (мощные источники тепло- и пылевыделений, более высокая агрессивность среды, интенсивная работа кранов). Ярче проявляется и зависимость повреждаемости конструкций от срока эксплуатации.

Повреждаемость подкрановых конструкций заводов тяжелого машиностроения также значительно выше, что объясняется более тяжелым режимом работы кранов. В некоторых цехах в верхней зоне подкрановых балок были зафиксированы усталостные трещины []. Однако этот вид повреждений еще не носит массового характера и основные несовершенства сосредоточены в узлах крепления балок к колоннам []. Повреждаемость колонн достигает в среднем 20%, характер повреждений тот же, что и в цехах автозаводов.

Возрастание производств с выделением агрессивных компонентов увеличило размер коррозионных повреждений. В некоторых цехах металлургического цикла и гальванических скорость коррозии достигает 0,5 мм/год, однако большинство участков имеют неагрессивную и слабоагрессивную среду и потери от коррозии не превысили 0,05 мм/год.

Предприятия цветной металлургии отличаются большим разнообразием производств, что определяет и большой разброс параметров. Большинство зданий — многопролетные со сложным профилем кровли. Часть производств размещается в многоэтажных (2— 5 этажей) зданиях с небольшими пролетами (3,8 м). Ширина пролетов  одноэтажных зданий колеблется в пределах 6—43 м. Для предприятий медной промышленности преобладают здания пролетом 18-24 м, для прочих — 12- 20 м, шаг колонн 4-18 м. Строительная высота в среднем составляет 15—20 м. Отдельные производства размещены в помещениях высотой до 30 м. Капитальные внутренние перегородки отмечены лишь на предприятиях золото-извлекательной промышленности.

Кровля в зданиях, построенных до 50-х годов, выполнена из мелкоразмерных плит по прогонам; в зданиях более поздней постройки — из крупноразмерных железобетонных плит. Имеются примерь» покрытий из алюминиевых и стальных листов по прогонам. Большинство зданий — отапливаемые, за исключением плавильных отделений и складов сырья. В некоторых производствах имеются источники тепловыделений, однако температура нагрева конструкций не превышает 30—40°С и лишь в медеплавильных и электролизных отделениях достигает 50°С.

Основным видом внутрицехового транспорта являются мостовые краны грузоподъемностью до 75 т и тельферы грузоподъемностью до 5 т. Режим работы — средний, кроме плавильных отделений, где установлены краны тяжелого режима работы. Однако фактическая интенсивность работы этих кранов невелика и не выходит за пределы среднего режима работы.

Главным видом технологических воздействий, определяющим состояние конструкций, является повышенная агрессивность среды. Высокое содержание агрессивных компонентов в сочетании с повышенной влажностью, достигающей 90% и более, приводят к быстрому разрушению защитных покрытий и развитию коррозионных повреждений. На состояние конструкции значительно влияет также зона влажности, в которой расположен объект. Скорость коррозии зависит от вида производств и иногда превышает 1 мм/год. Особенно интенсивно корродируют стропильные конструкции, что объясняется тонкостенностью элементов, сложной конфигурацией узлов и сечений и большой площадью поверхности конструкций. Особенно в неблагоприятном положении оказываются фермы с элементами из парных уголков, имеющие места, труднодоступные для окраски (узлы, зазоры между уголками) . Так, по результатам замеров [27] скорость локальной коррозии стропильных ферм на предприятиях медной промышленности достигает 0,58 мм/год, а равномерной — 0,32 мм/год; в цинковой и свинцовой соответственно 2 и 0,6 мм/год. Среднее количество стропильных конструкций, имеющих коррозионные повреждения металла, составляет около 30%, а в отдельных цехах достигает 100%. Большие коррозионные повреждения обнаруживаются также в кровле, выполненной из стальных листов. Срок их службы порой не превышает 5—6 лет.

Использование в качестве покрытий листов из алюминиевых сплавов не всегда приводит к положительным результатам. Так, в результате контактной коррозии покрытие медеплавильного цеха, выполненное из сплава АМцМ в виде волнистого листа толщиной 0,8 мм, уже через два года эксплуатации имело сквозные поражения [24].

Вертикальное расположение элементов и большая доступность для окраски делают колонны менее уязвимыми для коррозионных поражений. Их повреждаемость не превышает в среднем 10%. В неблагоприятных условиях работают элементы рабочих площадок. Сильная загазованность внутренних помещений, проливы технологических жидкостей приводят к их ускоренному износу вплоть до сквозных поражений. Механические повреждения металлических конструкций цехов цветной металлургии зависят в основном от качества их изготовления и монтажа, соблюдения правил технической эксплуатации и близки по характеру и частоте появления к   повреждениям   в   зданиях   автомобильной   промышленности.

Здания предприятий черной металлургии отличаются большим разнообразием объемно-планировочных и конструктивных решений. Большая часть производств расположена в одноэтажных многопролетных зданиях. Размеры пролетов достигают 42 м, в среднем же — 30 м. Высота колеблется в широких пределах 12—40 м. По длине некоторые здания превышают 1000 мм и состоят из нескольких температурных отсеков. Шаг колонн по крайним рядам 6—12 м (в зданиях старой постройки часто использовался шаг 5,5 м). По средним рядам расстояние между колоннами достигает 48 м, Многие здания имеют перепады высот.

Стропильные и подстропильные конструкции выполнены в основном в виде ферм различного очертания (треугольные, трапециевидные, сегментные, с параллельными поясами) с элементами из парных уголков.

Во многих зданиях, построенных в последние годы, применены трубчатые фермы. В сталеплавильных цехах при увеличенном шаге колонн по средним рядам установлены подкраново-подстропильные фермы.

В отапливаемых зданиях покрытие выполнено как по прогонам (мелкоразмерные железобетонные и асбестоцементные плиты, профилированный настил, кровля по деревянной обрешетке), так и без прогонов с использованием крупноразмерных железобетонных плит, В горячих цехах для покрытия в основном применены плоские или волнистые стальные листы. Использование железобетонных плит в таких цехах себя не оправдало и в некоторых случаях они были заменены на покрытия,более стойкие к воздействию высоких температур. Колонны, как правило, ступенчатые, верхняя часть — сплошного, нижняя — сквозного сечения,

Почти все здания оборудованы мостовыми кранами. Грузоподъемность кранов достигает в сталеплавильных цехах 800 т, В прокатном производстве широко используются краны с жестким подвесом. Режим работы кранов во многих цехах тяжелый и весьма тяжелый (6К—8К).

Характерная особенность цехов заводов черной металлургии — мощные тепловые агрегаты, приводящие к нагреву металлических конструкций до 150—200°С и выше, большое количество источников агрессивных выделений, пыли, блуждающих токов, приводящее к ускоренному коррозионному износу (особенно в коксохимическом производстве).

Большинство зданий — неотапливаемые. Перепад температур при остановке технологического процесса может достигать 100—150°С, что повышает опасность хрупкого разрушения,

Наиболее повреждаемыми конструкциями цехов заводов черной металлургии являются подкрановые балки. В зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы их повреждаемость превышает 80% [52]. Основные виды повреждений — трещины в верхней зоне стенки и разрушение узлов крепления балок и тормозных конструкций. Первые трещины появляются уже через 1—3 года после начала эксплуатации, затем они быстро растут и приобретают массовый характер.

Стропильные конструкции повреждаются также сильнее, чем в зданиях других отраслей промышленности, что связано с более интенсивным крановым режимом, повышенными температурными воздействиями, частым использованием стропильных конструкций при ремонте оборудования. Более интенсивный режим эксплуатации зданий черной металлургии, непрерывный технологический процесс затрудняют проведение профилактических мероприятий по содержанию зданий, что безусловно ухудшает состояние металлических конструкций. Характер повреждений не меняется, но значительно увеличивается их число, и повреждаемость стропильных конструкций достигает 80%. В зависимости от срока эксплуатации растет величина повреждений и число поврежденных элементов на одну ферму.

Колонны, как и в зданиях других отраслей промышленности, находятся в более балгоприятных условиях и имеют немного повреждений. В основном это погибы нижних частей и отклонения колонн от проектного положения. В горячих цехах встречаются также деформации  колонн  вблизи источников тепловыделений.

Скорость коррозии металлических конструкций заводов черной металлургии меняется в широких пределах. Так, на агломерационных фабриках и в коксохимическом производстве средняя скорость коррозии незащищенных конструкций составляет 0,4 мм/ /год, достигая в отдельных местах, где конструкции подвергаются периодическому увлажнению, 1,6 мм/год. Срок службы противокоррозионной защиты, выполненной даже в виде многослойного перхлорвинилового или эпоксидного покрытия, не превышает 1,5—2 лет [20]. В травильных отделениях прокатного производства средняя скорость коррозии составляет 0,1—0,15 мм/год, а срок службы защитных покрытий 3—5 лет, В большинстве же зданий сталелитейного производства интенсивность коррозионного износа несущих стальных конструкций невелика (0,02—0,04 мм/год) и не представляет опасности для их долговечности [20].

Следует, однако, отметить повышенный коррозионный износ баз   колонн,  расположенных  вблизи  агрегатов  с  агрессивными выделениями. В результате проливов технологических жидкостей базы колонн получают значительные коррозионные повреждения, вплоть до сквозных поражений. При этом обетонировка колонн в связи с недостаточной плотностью бетона часто оказывается неэффективной.

Обобщая результаты обследования, можно выделить конструктивные элементы, срок службы которых определяется в первую очередь физическим износом. К ним относятся подкрановые конструкции в зданиях металлургического цикла с интенсивным крановым режимом работы (режим 6К— 8К). Срок службы этих конструкций не превышает 8—10 лет, а их усиление, как показывает опыт эксплуатации, малоэффективно и спустя непродолжительное время в них снова появляются повреждения. В связи с этим при реконструкции таких зданий рационально заменить подкрановые балки на новые, выполненные с учетом особенностей их действительной работы [24].

При кранах легкого и среднего режимов работы долговечность подкрановых конструкций достаточно велика и превышает 40 лет, Ликвидация отдельных повреждений и усиление подкрановых конструкций в этих зданиях не представляет существенных трудностей и может, как правило, выполняться без остановки технологического процесса, поэтому их сохранение и использование для дальнейшей эксплуатации,, даже в зданиях с продолжительным сроком службы, рационально.

Состояние стропильных ферм определяется видом и интенсивностью технологических воздействий. При неагрессивный и слабоагрессивной средах основным видом повреждений стропильных ферм являются искривления элементов решетки, что может привести к преждевременной потере устойчивости. Однако в большинстве зданий даже при значительном сроке эксплуатации надежная работа стропильных ферм может быть обеспечена при сравнительно небольших затратах, связанных в основном с усилением сжатых искривленных элементов решетки.

В зданиях с сильно и частично среднеагрессивной средой (аглофабрики, отдельные цеха заводов цветной металлургии и т.д.) основным видом повреждений становится коррозионный износ. Потери от коррозии после 15—20 лет эксплуатации могут достигать 50% и более.

Существующие методы защиты от коррозии, особенно при выполнении работ на месте чаще всего дорогостоящи и малоэффективны. Усиление конструкций, имеющих значительные коррозионные поражения, также весьма трудоемко, поэтому при реконструкции зданий со сроком службы более 20 лет рациональна замена конструкций покрытия.

Колонны большинства зданий рассмотренных отраслей промышленности находятся в удовлетворительном состоянии и имеют незначительные легко устраняемые повреждения, их сохранение при реконструкции вполне обосновано.

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что при реконструкции большинства зданий рассмотренных отраслей промышленности возможно использование существующих конструкций. Это позволит сократить сроки работ по реконструкции и повысить ее эффективность.

 

 

 МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Металлические конструкции - нормы и правила ...

«Металлические конструкции» — первое учебное пособие курса «Конструкции зданий и сооружений», предлагаемое студентам архитектурных вузов. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/

 

 Изделия из стали и металлические конструкции. Профильная сталь ...

Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню - сортаменту), трубчатых и гнутых ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-104-stroymaterialy/108.htm

 

 МОНТАЖ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ. Металлические конструкции ...

Металлические конструкции необходимо монтировать в соответствии с чертежами КМД (конструкции, металлические, деталировка), разработанными по рабочим ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-3/38.htm

 

 Металлические конструкции. Металлические каркасы. КЛАССИФИКАЦИЯ И ...

Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня. Это объясняется тем, что при нагревании . ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/2.htm

 

 Металлические конструкции для защиты от коррозии окрашивают ...

Металлические конструкции для защиты от коррозии окрашивают масляными красками, пентафталевыми эмалями ГФ-230 и ПФ-115, нитроглифталевыми эмалями НЦ-132К, ...
bibliotekar.ru/spravochnik-10/49.htm

 

 Металлические конструкции. Защита металлических конструкций от огня

Металлические конструкции широко применяются в современном строительстве при возведении общественных и промышленных зданий и сооружений. ...
bibliotekar.ru/stroymaterialy/98.htm

 

 МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Стальные конструкции. Монтаж стальных конструкций

Металлические конструкции Металлы и металлические конструкции. Металлические сплавы · МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Металлические конструкции - нормы и правила . ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-119-konstrukcii/

 

К содержанию книги:  Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

 

Смотрите также:

 

 Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

ЭЛЕМЕНТЫ КАРКАСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ... Сплошные изготовляют из прокатных двутавров с усилением верхнего пояса уголками или плоскими листами. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/25.htm

 

 КОЛОННЫ. Колонны каркаса. Выбор высоты колонны

Увеличение марки бетона до М 600 и усиление косвенного армирования позволили повысить .... Под колонны каркаса зданий устраивают фундаменты из. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-156-karkas/8.htm

 

 ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Строительные материалы

Накоплен некоторый опыт строительства зданий из объемных элементов. ... усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. ... Изделия для конструкций каркасов зданий. ...
bibliotekar.ru/spravochnik-32/26.htm

 

 Профили для крепления гипсокартонных и гипсоволокнистых листов ...

При изготовлении каркасов для крепления гипсокар-. тонных и гипсоволокнистых листов используются разные ... всех категориях зданий: жилых, общественных, ... канавки предназначены не только для усиления профиля,. но и для центрирования ...
bibliotekar.ru/spravochnik-90/4.htm

 

 Изготовление рам каркаса. Достройка каркаса. Изготовление и монтаж ...

Изготовление рам каркаса. Каркас состоит из поперечных жестких рам, положение которых в плане совпадает с внутренними и наружными поперечными стенами здания ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-91/43.htm

 

 ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕРЖНЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. ОПИРАНИЯ ПЕРЕКРЕСТНО ...

Такое опирание без дополнительного усиления можно допустить при сравнительно ... Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/42.htm